Содержание к диссертации
Введение
1: Причины кислотности и регулирование реакции среды дерново-подзолистых почв 8
1.1 Причины кислотности почвы и её влияние на токсичность металлов 8
1.2 Факторы, влияющие на кислотность почвы и состав обменных оснований 12
1.2.1 Природные факторы 12
1.2.2 Техногенные факторы.. 16
1.2.3 Агротехнические факторы 21
1.2.4 Регулирование кислотно-основанных свойств и состава обменных катионов дерново-подзолистых почв 35
2: Объекты, методы и условия проведения исследований 45
2.1 Объекты исследований и схемы опытов 45
2.2 Характеристика почв опытных участков 55
2.3 Климат и погодные условия вегетационных периодов 59
2.4 Методы исследований 62
3: Влияние сельскохозяйственных культур, возделываемых бессменно и в севообороте на кислотность дерново-подзолистых почв и состав обменных катионов 64
3.1 Кислотность почвы под культурами возделываемыми бессменно и в севообороте 64
3.2 Состав обменных катионов под культурами возделываемыми бессменно и в севообороте 69
3.3 Емкость катионного обмена и состав обменных оснований 74
4: Влияние периодического известкования на кислотность дерново-подзолистых почв и состав обменных катионов 79
4.1 Кислотность почвы под культурами, возделываемыми бессменно и в севообороте при периодическом известковании 79
4.2 Динамика кислотности дерново-подзолистых почв 85
4.3 Состав обменных оснований 88
5: Влияние сочетания известкования, обработки и удобрений на кислотность и состав обменных катионов дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы 93
6: Влияние периодического известкования, удобрений и обработки почвы на продуктивность севооборота и урожайность сельскохозяйствен ных культур 111
Общие выводы 122
- Факторы, влияющие на кислотность почвы и состав обменных оснований
- Характеристика почв опытных участков
- Состав обменных катионов под культурами возделываемыми бессменно и в севообороте
- Динамика кислотности дерново-подзолистых почв
Введение к работе
Основной задачей современного сельскохозяйственного производства и науки остаётся получение максимально возможных урожаев полевых культур высокого качества при наименьших затратах труда, средств и сохранение плодородия почв.
Большинство сельскохозяйственных культур, возделываемых в Нечерноземной зоне, хорошо растут и развиваются при слабокислой и близко к нейтральной реакции среды. Однако широко используемые в земледелии Нечерноземной зоны дерново-подзолистые почвы характеризуются высокой степенью кислотности, низким содержанием гумуса, обменных оснований и питательных элементов. Исследованиями многих ученых (Гедройц К.К., 1955; Кедров-Зихман O.K., 1957; Стебут И.А., 1957; Прянишников Д.Н., 1965; Шильников И.А., Лебедева Л.А., 1987; Небольсин А.Н., Небольсина З.П., 1997 и др.) установлено, что основным фактором, снижающим урожайность большинства сельскохозяйственных культур в этой зоне, является высокая кислотность почвы и почвенного раствора, из-за недостатка обменных оснований в почвенно-поглощающем комплексе (ППК).
Основными агротехническими приемами повышения плодородия дерново-подзолистых почв и продуктивности севооборотов остаются известкование, применение органических и минеральных удобрений, а также рациональная их обработка.
Первоочередным приемом окультурирования дерново-подзолистых почв является известкование. Внесение известковых удобрений обеспечивает снижение почвенной кислотности почвы и изменение соотношения катионов в ППК, переход подвижных форм токсичных элементов (Al3+, Mn4+, Fe3+) в труднорастворимые соединения.
Из-за процессов кислотообразования при гумификации растительных остатков и выщелачивания обменных оснований, характерных для таежно-лесной зоны, применение минеральных и органических удобрений, действие известкования со временем ослабляет. Катионы кальция и магния в ППК замещаются алюминием и протонами водорода, а внесение физиологически кислых минеральных удобрений усиливает эти процесса.
Недостаток в почве кальция и магния приводит к ухудшению их агрофизических свойств, а в растениях к нарушению обмена веществ и физиологических процессов. От недостатка кальция, прежде всего, страдают молодые меристематические ткани и корневая система.
Причинами больших потерь кальция и магния из пахотного слоя, наряду с природными факторами и внесением высоких норм минеральных удобрений является глубокая заделка мелиоранта (Штиканс Ю.А., 1977; Шильников И.А, Лебедева Л.А., 1987; Платонов И.Г., 2000; Ака-новаН.И.,2001).
Несмотря на большое количество научных работ по известкованию почв, до настоящего времени в литературе мало данных по влиянию сельскохозяйственных культур и севооборотов на кислотно-основные свойства почвы и состав обменных оснований. Остаются дискуссионными вопросы о действии минеральных удобрений на кислотность почвы.
Актуальность темы определяется необходимостью выяснения некоторых теоретических и практических вопросов, связанных с разной интенсивностью подкисления почвы и изменением состава обменных оснований под действием возделывания сельскохозяйственных культур, использовании химической мелиорации, удобрений и систем обработки, а также их сочетаний в адаптивно-ландшафтных системах земледелия. Работа выполнена в рамках проведения исследований по ФЦП "Повышение плодородия почв России", по ФЦП "Интеграция науки и высшего образования России" и УНЦ "Биоресурсы и экология".
Целью настоящей работы, выполненной на кафедрах почвоведения и земледелия и методики опытного дела Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева, было изучить влияние периодического известкования, возделывания сельскохозяйственных культур бессменно и в севообороте, разных по интенсивности систем обработки и длительного применения удобрений на кислотность дерново-подзолистых суглинистых почв и состав обменных катионов.
Для решения этой цели были поставлены следующие задачи: -определить влияние сельскохозяйственных культур, возделываемых бессменно и в севообороте на кислотность почвы и состав обменных оснований; -изучить действие периодического известкования на динамику кислотности почвы и состав обменных оснований; -исследовать влияние длительного применения удобрений и разной глубины обработки на состав обменных катионов и кислотность почвы; -выяснить влияние сочетания периодического известкования, удобрений и обработки почвы на продуктивность севооборота и урожайность сельскохозяйственных культур.
Научная новизна: Впервые в длительном (90 лет) полевом опыте установлено влияние сельскохозяйственных культур, возделываемых бессменно и в севообороте в Нечерноземной зоне России на кислотность, состав обменных оснований и емкость катионного обмена дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы.
Проведена комплексная оценка влияния культур, возделываемых в севообороте, минеральных и органических удобрений, а также известкования на состав обменных оснований, емкость катионного обмена, степень насыщенности основаниям и кислотность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы.
В другом многолетнем (30 лет) полевом опыте изучено влияние сочетания известкования, удобрений и систем обработки почвы разной степени интенсивности на кислотность, состав обменных оснований, емкость катионного обмена и степень насыщенности основаниями дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.
Установлено действие комплекса агротехнических приемов на продуктивность севооборота и урожайность сельскохозяйственных культур.
Практическая значимость: Определены закономерности влияния минеральных удобрений и известкования на динамику кислотности дерново-подзолистых почв разного гранулометрического состава, которые позволяют рекомендовать на легкосуглинистых почвах при определении норм извести и сроков известкования учитывать дозы применения минеральных удобрений. Данные о влиянии сельскохозяйственных культур на кислотность почвы и обменных оснований могут быть использованы при составлении кальций-сберегающих севооборотов.
Результаты работы докладывались на заседаниях кафедры почвоведения (1998, 1999, 2000 гг.), научных конференциях МСХА им. К.А. Тимирязева (2000, 2003 гг.). По теме диссертации опубликованы 2 научные работы.
Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям профессорам А.И. Карпухину и И.Г. Платонову, сотрудникам кафедр земледелия и МОД и почвоведения за постоянную помощь при выполнении диссертационной работы и подготовке ее к защите.
Факторы, влияющие на кислотность почвы и состав обменных оснований
Различия по кислотности целинных почв связаны с особенностями почвообразующих пород, их гранулометрического состава и содержания гумуса. Почвообразующих пород играют важную роль в формировании состава и химических свойств почв, в том числе и её кислотности (Палаве-ев Т., Тотев Т., 1983г.). Почвы, которые образовались на карбонатных породах (известняки, мергелистые глины и др.), характеризуются преимущественно нейтральной или слабокислой реакцией среды (в тех случаях, когда карбонаты выщелочены из верхних горизонтов). Такими являются серые лесные и дерново-подзолистые почвы. Почвы, образующиеся на бескарбонатных и кислых породах (граниты, реопиты, сиениты, трахиты, диориты и др.), при воздействии других факторов (лесная растительность, промывной водной режим) они обычно имеют: кислую, сильнокислую и даже очень сильнокислую реакцию среды. В этих почвах создаются благоприятные условия для образования больших количеств подвижных соединений водорода, алюминия и марганца. На бескарбонатных почвообразующих пород (моренных и покровных суглинках) кислотность почв более сильная по сравнению с почвами, сформировавшимися на лессовидных суглинках (Каштанов А.Н., Явтушенко В.Е., 1997). Верхние горизонты дерново-подзолистых почв, на суглинистых почвообразующих породах обеднены илистой фракцией и имеют неблагоприятные для возделывания сельскохозяйственных культур свойства: низкое содержание гумуса, малую емкость поглощения пахотного слоя, средне- или сильнокислую реакцию среды, сравнительно низкое содержание подвижных элементов питания, особенно фосфора и азота (Ми-лащенко Н.3.,1993). Дерново-подзолистые почвы, сформировавшиеся на кислой морене, обладают менее благоприятным агрохимическим свойствам для растения, чем почвы на покровных и карбонатных суглинках (Милащенко Н.З., 1993). При развитии эрозии кислотность пахотных почв, образовавших на карбонатных породах, может уменьшиться из-за выхода к поверхности более глубоко залегавших карбонатных горизонтов. Кислотность в почвах располагающих в нижних частях склонов, может понизиться из-за воздействия вод, обогащенных бикарбонатами, которые стекают с верхней части склона, где карбонаты «вышли» на поверхность (Палавеев Т., Тотев Т., 1983.). На этих породах с увеличением степени смытости и припашки иллювиального горизонта кислая реакция почвенного раствора изменяется до слабощелочной (Каштанов А.Н., Явтушенко В.Е., 1997). Растительность является источником органических остатков, при минерализации которых в почве образуются органические кислоты, которые играют важную роль в формировании кислотности почвы.
Травянистая и широколиственная лесная растительность, содержащая большое количество основных элементов (Са, Mg, К, Na), при почвообразовании содействует формированию почв с нейтральной или слабокислой реакцией среды. Лесная хвойная и болотная растительность из-за низкого содержания таких элементов способствует формированию почв с кислой и сильнокислой реакцией, в которых может проявиться и вредное действие кислотности, обусловленное содержанием больших количеств подвижных форм алюминия, марганца, железа и водорода (Палавеев Т., Тотев Т., 1983). Л.Б. Холоповой (1982) на основании детального изучения варьирования свойства подзолистых почв стационара ИЭМЖ АН СССР "Малинки" в Московской области установлено, что одним из важнейших факторов варьирования значений рН в верхних горизонтах почв является характер растительности. В подзолистых почвах под ельниками верхние горизонты имеют более кислую реакцию, чем в почвах под другими типами леса, что автор объясняет образованием более сильных нелетучих органических кислот из продуктов разложения елового опада, выделением протонов корнями ели при компенсированном поглощении катионов и анионов из раствора и преобладанием в составе микрофлоры почв еловых лесов актиномицетов и плесневых грибов, продуцирующих кислоты в процессе своей жизнедеятельности. Значение рН верхних горизонтов почв могут измениться также в соответствии с парцеллярным строением биогеоценоза и в зависимости от расстояния от ствола дерева даже в пределах одного типа леса. Обработка массовых данных методами информационно-логического анализа позволила Л.О. Карпачевскому (1981) и Л.Б. Холоповой (1982) установить, что основными факторами варьирования содержания обменных катионов в подзолистых почвах под лесной растительностью являются пестрота древесной растительности и напочвенного покрова и расстояние от стволов деревьев. Почва под ельником-кисличником характеризуется значительно более высоким содержанием обменного Са и пониженным количеством обменного алюминия по сравнению с почвой под ельником мшистым. Рельеф, выступая как главный фактор перераспределения солнечной радиации и осадков оказывает огромное влияние на водный, тепловой, питательный, окислительно-восстановительный и солевой режимы почв (Кауричев И.С., Панов Н.П., Розов Н.Н. и др. 1989.), а следовательно, влияет на кислотно-основные свойства почвы (Палавеев Т., Тотев Т. 1983.). На ровных, не имеющих стока участках создаются условия для длительного переувлажнения и оглеения почвы. Оглеение и связанные с ним восстановительные процессы являются причиной образования больших количеств подвижного Мп и Fe, на хорошо дренированных участках этого не происходит. По данным Е.В. Козловского, А.Н. Небольсина, Ю.В. Алексеева и П.А. Чурикова (1983), приведенным в таблице 1, видно, что где избытое увлажнение, содержание в почве обменного Мп и Fe больше, а подвижного алюминия меньше. При однородной материнской породе (покровные суглинки) основным фактором дифференциации почвенного покрова по степени кислотности служит микрорельеф и связанные с ним условия увлажнения (Григорьев Г.И., Сорокина Н.П., Шершукова Г.А., 1975; Платонов И.Г., 2000). На гидролитическую кислотность также сильно влияет степень переувлажнения почвы. В годы повышенного атмосферного увлажнения в замкнутых микро ложбинах и на высоложенных микро склонах величина гидролитической кислотности может увеличиваться в два раза (с 3,5 - 4,0 до 7,0 - 8,0 мг-экв./кг почвы) и снизиться в этих же пределах на следующий нормальный по увлажнению год (Прохорова З.А., Фрид А.С., 1993.). Процесс водной эрозии на всех почвах приводит не только к значительному снижению содержания гумуса и ухудшению его качественного состава, но и к изменению физико-химических свойств почвы. С увеличением степени смытости наблюдаются снижение гидролитической кислотности и увеличение суммы поглощенных оснований и степени их насыщенности (Каштанов А.Н., Явтушенко В.Е.,1997.).
В районах Нечерноземной зоны, где развиты дерново-подзолистые почвы на покровных, лессовидных суглинках, а также серые лесные почвы, кислотность эродированных почв по сравнению с неэродированными также будет изменяться - усиливаться или ослабляться в зависимости от генетических особенностей тех горизонтов, которые в результате эрозии вовлекаются в пахотный слой эродированной почвы. 1.2.2. Техногенные факторы Воздействие кислых осадков сопровождается ростом кислотности как жидкой, так и твердой фаз почв, т. е. как актуальной, так и потенциальной форм кислотности. Основным загрязнением атмосферы, которые являются источниками образования кислотных дождей, относятся диоксид серы, оксиды азота и летучие органические соединения. Помимо этих основных загрязняющих компонентов предшественников кислотных дождей - необходимо учитывать загрязнение и другими веществами, которые могут вызывать образование кислот. К ним относятся, в частности, первичные сульфаты, они образуются в результате окисления частиц серы, содержащейся в топливе в процессе его сжигания (Зайков Г.Е., Маслов С.А., Рубайло В.Л.,1991). По мнению многих исследователей (Eriksson Е., Karltun Е., Lundmark J.E. 1987; Falkengren- Grerup U. 1992; Hallbacken L., Tamm CO. 1986; Nilsson S.I., Tyler G. 1995), кислые осадки приводят к сниже- нию величины рН почв и почвенных растворов, степень изменения которых определяется буферной способностью почв, характером растительного покрова, величиной кислотной нагрузки. Так, средние значение величины рН лесных почв Швеции уменьшились с 1927 по 1983 года на 0,3 - 0,9 единицы в подстилке и на 0,3 - 0,7 единицы в минеральных горизонтах (Hallbacken L., Tamm CO., 1986). На некоторых участках кислотность возросла на 1,5 единицы рН. Снижение рН коррелировало с видовым составом древостоя и его возрастом.
Характеристика почв опытных участков
Участок опытного поля расположен в южной тайге Среднерусской провинции Смоленско-Московского округа дерново-подзолистых суглинистых почв. Почвенный покров опытного поля достаточно однородный с преобладанием дерново-подзолистых почв, которые образуют крупные контуры. Перед закладкой опыта дерново-слабоподзолистая почва была сла-боокультуренная, средняя мощность пахотного горизонта была в пределах 20-22 см, среднесуглинистая по механическому составу, комковато-пылеватой структуры. Содержание гумуса в пахотном слое 1,63%. Сумма обменных оснований 10,7 мг-экв/100 г почвы, pHKci - 4,3. Содержание подвижного фосфора - 7,9 мг/100 г почвы, обменного калия - 6,8 мг/100 г почвы. Почва опытного участка: - освоенная дерново-слабоподзолистая слабогумусовая среднесуглинистая на покровном суглинке. Мощность пахотного слоя зависела от системы обработки и была на вариантах: минимальной фрезерной обработке 20-22 см, отвальной 25-28 см и трехъярусной 38-40 см. По гранулометрическому составу все почвы относились к пылеватому среднему суглинку. Содержание физической глины в пахотном горизонте составляет 37,1 - 43,0%. Количество ила не превышает 19,0% (табл. 4). Вниз по профилю почвы наблюдается увеличение ила и физической глины. Из данных представленных в таблице 5 видно, что исследуемые почвы имеют низкое содержание гумуса. Общее содержание гумуса в слое 0-20 см изменяется от 1,15% в варианте без удобрений до 1,38% в варианте 2NPK+HaB03 на фоне минимальной обработки. Следовательно, 29 лет сельскохозяйственное использование исследуемой дерново-подзолистой почвы в условиях интенсивной антропогенной нагрузки на нее привело к Почва длительного полевого опыта ТСХА: Земельный участок опыта площадью 1,5 га с уклоном в 1 на северо-запад, расположен на южной окраине Клинско-Дмитровской возвышенности, представленной мореной равниной. Превышение над водным зеркалом реки Москвы составляет 60 м, уровнем моря (Балтийского) - 162 м. Территория Полевой опытной станции (ныне Лаборатория растениеводства) сложена четвертичными отложениями супесчаной и суглинистой бурой морены с прослойками (10...22 см) юрских глин. Почвооб-разующий пород или субстрат - суглинистая красно-бурая плейстоценовая морена. Строение профиля на основе представленных механических частиц - двухчленное: верхний слой (40...50 см) - песчаный крупнопы-леватый суглинок, нижний - до глубины 3 м - легкий, реже средний суглинок с прослойками и линзочками (5...20 см) песка.
Почва стационарного опыта дерново-средне- и слабоподзолистая, старопахотная (более 200 лет под пашней), от природы кислая и заплывающая (по классификации ФАО - Podsolluvisol). Содержание физической глины ( 0,01 мм) в пахотном слое (0-20 см) в среднем по основным вариантам составляет 15,2% и ила ( 0,001 мм) - 6,8%. Данные приведенные в таблице 6, характеризующие почвенные свойства длительного полевого опыта ТСХА. Климат Московской области умеренно-континентальный с умеренно холодной зимой и умеренно теплым летом, с устойчивым снежным покровом. Средняя годовая температура воздуха составляет +3,6 С, среднесуточная температура зимой -9,5 С, весной -3,2 С, летом +16,8 С и осенью +3,6 С. Максимум достигается в июле, во второй декаде, и равен +36 С, минимум в январе -45 С. Переход температуры через отметку +5 С происходит 10 апреля и 10 сентября и соответствует составлению вегетации озимых зерновых культур и многолетних трав весной и прекращению вегетации осенью. Средняя температура воздуха на вегетативный период (май-сентябрь) равна +13,3 С. Продолжительность безморозного периода 126-137 дней. Вегетативный период продолжается 171-177 дней с суммой температур за этот период 2250-2400 С. Средне годовое количество осадков составляет 525 мм. Распределение осадков по временам года следующее: весна - 103 мм, лето - 227 мм, осень — 116 мм и зима - 79 мм. Несмотря на достаточное количество осадков в летний период, в отдельные годы в мае и июне многие культуры страдают от нехватки влаги в почве. Устойчивый снежный покров устанавливается в третьей декаде ноября. Максимальная высота снежного покрова равна 30-40 см (Агроклиматический справочник по Московской области. М., 1973). Условным выражением баланса влаги является ГТК, при его значении больше 1,0 данный период считается достаточно увлажненным для нормального роста и развития сельскохозяйственных культур. Судя по значениям ГТК, практически все вегетационные периоды кроме 2002 г. характеризовались достаточным уровнем увлажнения (табл. 7), хотя отдельные месяцы были засушливыми. В соответствии с климатическими данными все годы исследований по обеспеченности вегетационного периода осадками можно разделить на следующие группы: Годы с засушливыми условиями: в течение всего вегетационного периода (2002 г.), в середине и конце вегетации (2001 г.). Годы с нормальным увлажнением в течение всего вегетационного периода (1998 г., 1999 г. и 2000 г.). Условия для роста и развития сельскохозяйственных культур в этом районе в годы проведения опыта были, в целом, благоприятные для роста и развития растений и близки к среднемноголетнем. 2.4 Методы исследований Программа наблюдения и учетов включала определение кислотности и состав обменных оснований (Са2+, Mg2+, К+ и Н") дерново-подзолистой почвы и учет урожайности полевых культур. Все определения выполняли по соответствующим методикам, принятым в научных учреждениях (ГОСТ ЦИНАО). Отбор проб при лабораторных и полевых наблюдениях и учетах проводился выборочным методом. Репрезентативность выборки достигалась случайностью выбора, т.е. каждому объекту совокупность была обеспечена равной вероятности, попасть в выборку. Образцы отбирали со всех повторных опытов. Механический состав почвы определяли по методу пипетки Н.А. Качинского. Валовой анализ выполнен на рентгено-флюресцентном анализаторе VRA - 33 фирмы Карл-Цейс-Йена в индивидуальных образцах из опорных разрезов. Содержание гумуса - по методу И.В.Тюрину в модификации В.Н. Симакова. Определение реакции почвенной среды (рНксі) и содержания обменных кальция и магния проводили в смешанных образцах при соотношении почвы с раствором 1 н КС1 1:2,5 (ГОСТ 26487 - 85). Обменные кальций и магний в фильтрате определяли на атомно-аб-сорбционном спектрофотометре марки ASS. Гидролитическую кислотность определяли по Каппену в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91). Реакция почвенной среды (рНКсі) - потенциометрическими методами (ОСТ 4649- 76). Сумму поглощенных оснований - по Каппену-Гильковицу. Степень насыщенности оснований - расчетным методом. В воздушно-сухих образцах почвы по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО определяли содержание Р2О5 и К20 в одной вытяжке 0,2 н НС1 (ГОСТ 26207 - 91), с последующим определением фосфора на фо-тоэлектроколориметре, калия - на пламенном фотометре. Урожайность сельскохозяйственных культур учитывали методом сплошной уборки, зерна пересчитывали на 14 %-ую влажность, травы -16 % влажность. Средняя проба картофеля с каждой делянки - 30 кустов. Полученные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа с использованием пакета прикладных программ "STRAZ". Все лабораторные и аналитические работы проведены на кафедре земледелия и методики опытного дела Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева и в почвенном институте им. В.В. Докучаева.
Состав обменных катионов под культурами возделываемыми бессменно и в севообороте
Обменные катионы кальция и магния входят в состав основных элементов питания растений и оказывают существенное влияние на кислотно-щелочные свойства почвенного раствора, условия формирования гумусового горизонта, миграцию и аккумуляцию продуктов почвообразования по профилю почвы, а также на создание благоприятных для культурных растений агрофизические свойства. В интенсивном системе земледелия под действием сельскохозяйственных культур, удобрений и известкования происходит изменение физико-химических свойств почвы, изменяется катионный состав ППК. Значительный интерес представляются данные о влиянии бессменного возделывания сельскохозяйственных культур, севооборота и длительного применения удобрений на степень насыщенности почв основаниями и состав поглощенных катионов, так как эти показатели характеризуются катионообменные свойства, с которыми тесно связаны многие показатели почвы, процессы и режимы. Данные, представленные в таблице 9, показывают, что дерново-подзолистые легкосуглинистые почвы характеризуемые низким содержанием обменных оснований. Соотношение Ca:Mg в среднем составляет 1:0,4 (табл. 9). Хорошо известно, что сельскохозяйственные культуры выносят разное количество питательных элементов из почвы. Однако, в научной литературе недостаточно данных о влиянии сельскохозяйственных культур на состав обменных катионов и степень насыщенности основаниями. Из изучаемых культур большое количество кальция и магния отчуждается из почвы с урожаем клевера и картофеля. Именно этим объясняется низкое содержание этих элементов в пахотном слое почвы под бессменно возделываемыми клевером и картофелем (табл. 9). Минимальная сумма обменных оснований была отмечена под бессменно возделываемым картофелем на варианте без удобрений 1,92 мг-экв/100 г почвы, что в 2 раза меньше, чем под бессменной озимой рожью - 3,88 мг-экв/100 г почвы. Применение только минеральных удобрений способствовало увеличению суммы обменных оснований пахотного слоя под бессменными озимой рожью и картофелем и снижению ее под бессменными ячменем и клевером. Длительное внесение минеральных удобрений под бессмен- ными озимой рожью и картофелем привело к увеличению суммы обменных оснований на 0,20 и 0,68 мг-экв/100 г почвы по сравнению с вариантом без удобрений, в то время как под бессменными ячменем и клевером произошло обеднение суммы обменных оснований на 0,62 и 0,18 мг-экв/100 г почвы соответственно. Ежегодное внесение навоза в дозе 20 т/га на фоне минеральных удобрений обеспечило существенное возрастание суммы обменных оснований под всеми культурами, возделываемыми как бессменно, так и в севообороте.
На этих вариантах сумма обменных оснований возросла под озимой рожью на 0,28 мг-экв/100 г почвы, под ячменем - 1,09, под клевером - 0,84 и под картофелем - 1,46 по сравнениям с контролем (без удобрений). Следовательно, в условиях Нечерноземной зоны применение органических удобрений способствует закреплению и накоплению кальция и магния в пахотном слое дерново-подзолистых суглинистых почв. Длительное бессменное возделывание культур без применения удобрений приводит к обеднению почвы обменными основаниями. Экспериментальные данные (табл. 9), не выявили положительного действия севооборота на обменные основания почвы. Так, сумма обменных оснований на варианте без удобрений составила в среднем 1,96 мг-экв/100 г почвы, что лишь на 0,04 превышает минимальное значение при бессменном возделывании картофеля. Минимальное содержание обменных оснований на полях севооборота было 1,57 мг-экв/100 г почвы под клевером. По сравнению с вариантом пара в севообороте видно, что возделывание культуры (клевер и картофель) в севообороте оказывали снижение суммы обменных оснований на 0,66 и 0,17 мг-экв/100 г почвы соответственно в варианте без удобрений. Длительное применение минеральных удобрений на вариантах с севооборотами паром и клевером привело к увеличению суммы обменных оснований по сравнению с вариантом без удобрений, в то время как под картофелем произошло обеднение. При ежегодном внесении навоза с NPK увеличивало сумму обменных оснований под всеми культурами, особенно под клевером. Таким образом, по влиянию на катионообменные свойства почвы агротехнические приемы возделывания сельскохозяйственных культур располагаются в возрастающем порядке: минеральные удобрения - полевые культуры - навоз. Длительное возделывание культур без известкования и внесения навоза приводит к снижению степени насыщенности почв основаниями из- за выноса Са и Mg с урожаем сельскохозяйственных культур, внутри-почвенными и поверхностными водами (табл. 10) и увеличения гидролитической кислотности. При бессменном возделывании полевых культур наименьшая степень насыщенности почвы основаниями была под картофелем - 35% и под клевером - 38%, а под бессменными озимой рожью и ячменем значительно больше - 59% и 54% соответственно. Длительное применение минеральных удобрений приводит к незначительному увеличению степени насыщенности почв под бессменными озимой рожью, картофелем и уменьшению под бессменными ячменем и клевером. Ежегодное внесение навоза способствует увеличению степени насыщенности почв под всеми культурами и обеспечивает ее на уровне -50 - 66%. На полях севооборота наименьшая степень насыщенности почв основаниями в варианте без удобрений под культурой клевера и составляла 28%. Степень насыщенности почв основаниями под культурами была меньше, чем под паром в полях севооборота. Применение минеральных удобрений приводит к увеличению степени насыщенности почв на 10% под клевером по сравнению с вариантом без удобрений и незначительному уменьшению под паром и картофелем. Внесение навоза тоже способствует увеличению степени насыщенности почв основаниями под всеми культурами в севообороте, особенно под клевером и паром. Таким образом, степень насыщенности почв основаниями зависит от полевых культур, и увеличение почвенно-поглощающего комплекса дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы происходит только под действием навоза. Применяемые дозы минеральных удобрений оказывают несущественное влияние на катионообменные свойства пахотного слоя дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы. 3.3 Емкость катионного обмена и состав обменных оснований Емкость катионного обмена в значительной степени зависит от содержания в почве гумуса, так как органоминеральные коллоиды обладают гораздо более высокой поглотительной способностью, чем минеральные. Чем выше содержание гумуса в почве, тем больше емкость поглощения катионов (Кононова М.М., 1963; Александрова Л.Н., 1980; Горбунов Н.И., Минеев В.Г., 1990). Для дерново-подзолистых почв характерна низкая емкость катионного обмена (ЕКО). Из экспериментальных данных, представленных в таблице 11, видно, что емкость катионного обмена почвы также зависит от биологических особенностей возделываемых культур и агротехники. Минимальное значение емкости катионного
Динамика кислотности дерново-подзолистых почв
Из данных, приведенных в таблице 16, видим, что динамика pHKci пахотного слоя почвы за последние 40 лет показывает несущественное подкисляющее действие минеральных удобрений в севообороте, как без извести, так и по фону с известью. Применение с минеральными удобрениями навоза снижало кислотность почвы по сравнения с минеральными удобрениями и вариантов без удобрений. За последние 40 лет опыта резких колебаний реакции почвенной среды не наблюдалось. Только в отдельные годы, как на фоне известкования, так и без извести было заметно подщелачивание дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при ежегодном внесении навоза. Влияние системы основной обработки почвы при периодическом известковании в настоящее время слабо изучено. Динамику кислотности почвы тоже изучали в 7 полевом опыте за период 29 лет в вариантах: отвальной, фрезерной минимальной и трехъярусной обработок; без удобрений, 2NPK, 2ЫРК+навоз. Перед закладкой опыта почва участка по степени кислотности относились к сильнокислой реакции (табл. 17). Исходная величина рН была 4,4 - 4,5. Проведенное в 1969 году известкование по гидролитической кислотности обеспечило полную нейтрализацию кислотности почвы опытного участка. Степень кислотности почвы снизилась до нейтральной. Величина рНксі пахотного слоя завесила от системы основной обработки почвы и составила при отвальной обработке 6,14, минимальной фрезерной 6,58 и трехъярусной 6,14 (табл. 17). Через 8 лет после известкования, хотя и произошло подкисление почвы, степень кислотности пахотного слоя оставалась на уровне нейтральной. На 16 год после известкования степень кислотности снизилась до слабокислой на вариантах с отвальной и минимальной фрезерной обработок, как без удобрений, так и на варианте 2NPK и до среднекислой на варианте трехъярусной обработки. Более интенсивное подкисление почвы на трехъярусной обработке очевидно связано с углублением пахотного слоя до 40 см. На варианте 2NPK+ навоз кислотность почвы была близкая к нейтральной при всех системах обработки. Повторное известкование проведенное в 1987 году по полной норме обеспечило снижение степени кислотности обрабатываемых горизонтов до нейтральной на всех вариантах опыта. При этом на варианте отвальной обработки нейтрализация кислотности произошла до глубины 30 см, а на варианте фрезерной минимальной обработки до 20 см, на варианте трехъярусной до 40 см. Следует отметить, что скорость нейтрализации почвенной кислотности высокая. Через два месяца после внесения доломитовой муки в слоях ее размещения величина рН увеличилась на единицу и выше.
Максимальная эффективность доломитовой муки на варианте фрезерной минимальной обработки почвы достигала через 3 месяца. Величина рН слоя 0-20 см на этом варианте обработки достигла 6,5. На вариантах с отвальной и трехъярусной системой обработки почвы максимальное действие доломитовой муки наблюдается через год после известкования. Через 5 лет произошло подкисление пахотного слоя, на варианте отвальной обработки снизилась в среднем на 0,5 единиц рН, на варианте фрезерной минимальной на 0,3 единиц рН, а на варианте трехъярусной обработки на 0,8 единиц рН. В период от 5 до 10 лет интенсивность под-кисления пахотного слоя уменьшилась. На варианте с минеральными удобрениями величина рН в варианте отвальной обработки снизилась на 0,23 единицы, фрезерной минимальной на 0,33 и трехъярусной 0,07. Таким образом, процесс подкисления почвы наблюдается через 4-5 лет после известкования, а величина рН снижается до критических значений через 15 лет после известкования. Из данных проведенных в таблице 17 видно, что минеральные удобрения не оказывали существенного влияния на динамику подкисления почвы. Динамика кислотности пахотного слоя на вариантах без удобрений и 2NPK практически одинаковая. Внесение навоза на фоне минеральных удобрений способствовало подщелачиванию почвы. Более быстрое подкисление происходит при отвальной и трехъярусной системах обработки. 4.3 Состав обменных оснований Изучение влияния периодического известкования и удобрений на обменные основания и состав поглощенных катионов проводили в дли- тельном полевом опыте ТСХА, заложенном в 1912 году профессором А.Г. Дояренко по инициативе академика Д.Н. Прянишникова. Периодическое известкование полей доломитовой мукой существенно увеличивает содержание в пахотном слое обменных оснований (кальция и магния) на всех вариантах опыта (табл. 18). Содержание обменного кальция в почве в вариантах без удобрений и с NPK увеличилось в 2 раза, а в варианте NPK+навоз - в 1,5 раз по сравнению с аналогичными вариантами без извести. Содержание в почве обменного магния возрастало в зависимости от вариантов удобрений в 2-3 раза. Наибольшие содержание обменного магния было на варианте без удобрений и составило 1,48 мг-экв/100 г почвы. Это значит, что на фоне извести удобрения не способствует накоплению магния в почве, особенно минеральные удобрения. В сельскохозяйственной практике важное значение имеет не только содержание обменных катионов кальция и магния, но и соотношение между ними, поскольку с последним фактором в значительной степени связаны условия питания растений. Исследованиями К.К. Гедройца (1935), Л.И. Кораблевой (1954) и др. установлено, что оптимальное соотношение Ca:Mg для большинства сельскохозяйственных культур составляет 2:1. При значительном преобладании кальция уменьшается поступление в растения магния, что отрицательно сказывается на урожае возделываемых культур. Из приведенных данных (табл. 18) видно, что периодическое известкование существенно влияет на соотношение Ca:Mg дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы. Это соотношение составляло 2,00 - 2,40, что ниже, чем соотношение на вариантах без извести - 2,80 - 3,14. Оптимальное соотношение Ca:Mg обнаружено во всех вариантах удобрений. Из данных, представленных в таблице 18, видим, что закономерности изменения степени насыщенности почвы основаниями в зависимости от периодического известкования и удобрений были такие же, как и закономерности изменения содержания обменных оснований в пахотном слое почвы. При периодическом известковании дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы степень ее насыщенности поддерживалась на уровне 71 - 79%, это значительно больше, чем в вариантах без извести -34 - 49%. На известкуемых делянках опыта минеральные удобрения оказывали отрицательное действие на катионообменные свойства почвы. В условиях периодического известкования почвенно-поглощающий комплекс насыщается кальцием и магнием. Содержание обменных калия в составе поглощенных катионов не изменялось при известковании. Количество обменного водорода и алюминия снизилось до 21 - 27% при известковании по сравнению без извести 48 - 65% (рис.5).
